DE2802035A1 - PROPORTIONAL POWER AMPLIFIER - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen proportionalen Kraftverstärker bzw. eine Servovorrichtung zur Bewegungsfolgesteuerung mit gleichzeitiger, hydraulischer Kraftverstärkung.The invention relates to a proportional force amplifier or a servo device for controlling movement sequences simultaneous hydraulic power amplification.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Gerätes des bezeichneten Typs, welches folgende Forderungen erfüllt: die lineare Verschiebung eines Eingangs- oder Steuergliedos soll eine exakte Folgebewegung eines Ausgangsgliedes bewirken. Dabei soll eine Verschiebung des Eingangsgliedes unter nur geringer Krafteinwirkung durch hydraulische Kraftverstärkung eine entsprechende Bewegung des Ausgangsgliedes mit hoher Kraft hervorrufen. Das Gerät soll ferner eine kOE-pakte und unempfindliche Konstruktion aufweisen und nur geringe Fertigungsgenauigkeiten bei der Herstellung ohne daraus resultierenden Wirkungsgradverlust erfordern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform soll es möglich sein, das Gerät bei Ausfall der Druckölversorgung ohne weiteres unter entsprechend erhöhtem Kraftaufwand auch von Hand zu betätigen.The object of the invention is to create a device of the specified type which meets the following requirements: the linear displacement of an input or control element is intended to cause an exact following movement of an output element. In this case, a displacement of the input member with only a small amount of force through hydraulic force amplification should cause a corresponding movement of the output member with high force. The device should also have a compact and insensitive construction and only require low manufacturing accuracy during manufacture without a resulting loss of efficiency. In a preferred embodiment, it should be possible to easily operate the device by hand with a correspondingly increased expenditure of force in the event of a failure of the pressurized oil supply.
Diese Aufgabe wird durch einen Kraftverstärker entsprechend Patentanspruch 1 gelöst. Diese Lösung besteht im wesentlichen aus einem Kolben, der einen Zylinderraum in Kammern unterteilt, in denen sich ein Steuerdruck einstellt, der näherungsweise dem halben Versorgungsdruck entspricht. Dieser halbe Versorgungsdruck wirkt auf die Steuerdruckseite des Kolbens, deren Kolbenfläche etwa doppelt so groß ist wie diejenige der Druckfläche auf der anderen Seite des Kolbens, die unter Versorgungsdruck steht. Infolge dieses Flächen- und Druckgleichgewichtes wird die als Ausgangsglied dienende Kolbenstange im Kräftegleichgewicht gehalten. Diese Stellung wird Gleichgewichts-This object is achieved by a power amplifier according to claim 1. This solution essentially consists from a piston that divides a cylinder space into chambers in which a control pressure is established that is approximately corresponds to half the supply pressure. This half of the supply pressure acts on the control pressure side of the piston, whose Piston area is about twice as large as that of the pressure area on the other side of the piston, which is under supply pressure. As a result of this surface and pressure equilibrium the piston rod serving as the output member is kept in equilibrium of forces. This position becomes equilibrium
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stellung des Kraftverstärkers genannt. Eine Auslenkung aus der Gleichgewichtsposition erzeugt eine Störung im Druckgleichgewicht und veranlaßt das Ausgangsglied, sich zu bewegen. Eine solche Störung des Gleichgewichtes entsteht durch eine Verschiebung des Eingangsgliedes. Das Ausgangsglied wird sich daraufhin solange bewegen, bis seine Verschiebung wieder zu einem Kräftegleichgewicht führt, wie es im Ausgangszustand bestanden hat.called position of the power amplifier. A deflection from the equilibrium position creates a disturbance in the pressure equilibrium and causes the output member to move. Such a disturbance of the equilibrium arises from a shift of the input link. The output link will then move until it is shifted again leads to an equilibrium of forces, as it existed in the initial state.
Auf diese Weise werden das Eingangsglied und das Ausgangsglied in einem hydraulischen Gleichgewicht bzw. in einer Gleichgewichtsstellimg gehalten, bis das Eingangsglied, das in Art einer axial verschiebbaren Steuerstange ausgebildet ist, in der einen oder anderen Richtung aus seiner Gleichgewichtslage entfernt wird. Bestimmte Steuermittel sorgen dafür, daß das durch diese Verschiebung gestörte hydraulische Gleichgewicht durch eine entsprechende Bewegung des Ausgangsgliedes wieder hergestellt ist. Der neue Gleichgewichtszustand stellt sich dabei je nach der Verschiebung des Eingangsgliedes bei einer anderen örtlichen Lage des Eingangs- und Ausgangsgliedes ein. Wesentlich ist nur, daß im Gleichgewichtszustand die relative Lage des Ausgangsgliedes in Bezug auf das Eingangsglied immer die gleiche ist.In this way, the input member and the output member are in a hydraulic equilibrium or in an equilibrium position held until the input member, which is designed in the manner of an axially displaceable control rod, in the one or other direction is removed from its equilibrium position. Certain tax means ensure that that through this Displacement disturbed hydraulic equilibrium restored by a corresponding movement of the output link is. The new state of equilibrium arises depending on the displacement of the input link at a different location Position of the input and output link. It is only essential that in the state of equilibrium the relative position of the output link is always the same in relation to the input element.
Der bei den unterschiedlich großen Kolbenflächen für das Kräftegleichgewicht an den beiden Kolbenseiten erforderliche Druckabfall des Hydraulikmediums wird durch einen verengten Querschnitt bzw. eine Düse in einem Verbindungsweg zwischen der Druckkammer und der Steuerkammer erreicht sowie durch eine von der gegenseitigen Lage des Eingangsgliedes und des Ausgangsgliedes abhängigen Querschnittsverengung im Strömungsweg zwischen der Steuerkammer und der Rückflußöffnung für das Drucköl, welchesThe one with the different sized piston areas for the equilibrium of forces The pressure drop of the hydraulic medium required on the two piston sides is caused by a narrowed cross-section or a nozzle in a communication path between the pressure chamber and the control chamber and through one of the mutual Location of the input member and the output member dependent cross-sectional constriction in the flow path between the Control chamber and the return port for the pressure oil, which
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die Vorrichtung kontinuierlich durchströmt. Die Folgebewegung des Ausgangsgliedes verändert den Abstand und somit die querschnittsverengende Stelle gegenüber dem Eingangsglied, bis der Druckabfall des Hydraulikmediums wieder derart ist, daß ein Gleichgewichtszustand herrscht.the device flows through continuously. The subsequent movement of the output member changes the distance and thus the narrowing of the cross-section Place opposite the input member until the pressure drop in the hydraulic medium is such that a State of equilibrium prevails.
Im folgenden werden beispielhafte, bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen näher beschrieben.In the following exemplary, preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings in each described in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen proportionalen Kraftverstärkers ;1 shows a longitudinal section through a preferred embodiment of the proportional force amplifier according to the invention ;
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1;Fig. 2 is a cross-section along the line A-A in Fig. 1;
Fig. 3 ein Diagramm, in dem der Steuerdruck in Abhängigkeit von der Auslenkung des Eingangsgliedes aufgetragen ist; und3 shows a diagram in which the control pressure is plotted as a function of the deflection of the input member is; and
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsforai eines erfindungsgernäßen Kraftverstärkers.4 shows a longitudinal section through a modified embodiment a power amplifier according to the invention.
In den Zeichnungen ist der erfindungsgemäße proportionale Kraftverstärker allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Der Kraftverstärker 10 besteht im großen und ganzen aus einem Zylindergehäuse 12 mit einer darin angebrachten, durchgehenden Zylinderbohrung 14. Die Zylinderbohrung 14 zerfällt in eine erste Kammer 16 und in eine zweite Kammer 18, welche eine ge-In the drawings, the proportional booster according to the invention is generally designated by the reference number 10. The booster 10 consists by and large of a cylinder housing 12 with a mounted therein, through Cylinder bore 14. The cylinder bore 14 disintegrates into a first chamber 16 and into a second chamber 18, which has a
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ringere Querschnittsfläche aufweist. Zwischen den Kammern befindet sich ein ringförmig vorspringender Rand 17. Die Zylinderbohrung 14 ist an der Seite der Kammer 16 durch eine Stopfbüchse 20 abgeschlossen, durch welche das Eingangsglied in Form einer Steuerstange 22 hindurchgeführt ist, welche gleitbar in einer zentralen Öffnung 24 in der Stopfbüchse 20 ruht. Eine Dichtung 26 ist vorgesehen, um die Außenfläche der Stopfbüchse 20 gegen die Innenoberfläche des Zylindergehäuses 12 abzudichten. Die Stopfbüchse 20 wird durch Sprengringe 28 und 29 in ihrer Position gehalten. Eine Dichtung 30 und eine Abstreifdichtung 31 sind zwischen der Steuerstange 22 und der zentralen Öffnung 24 angeordnet.has smaller cross-sectional area. Located between the chambers an annular protruding edge 17. The cylinder bore 14 is closed on the side of the chamber 16 by a stuffing box 20 through which the input member in In the form of a control rod 22, which rests slidably in a central opening 24 in the stuffing box 20. A seal 26 is provided around the outer surface of the gland 20 to seal against the inner surface of the cylinder housing 12. The stuffing box 20 is by snap rings 28 and 29 held in place. A seal 30 and a wiper seal 31 are arranged between the control rod 22 and the central opening 24.
Am anderen Ende des Zylindergehäuses 12 erstreckt sich in die Kammer 18 hinein ein Ausgangsglied in Form einer hohlen Kolbenstange 32. Die Kolbenstange 32 ruht gleitbar im Zylindergehäuse und ist gegenüber diesem durch Dichtungen 34 und 36 sowie eine Abstreifdichtung 37 abgedichtet. DiG Kolbenstange 32 v/eist an ihrem inneren Ende eine Erweiterung 57 auf, die den Kolben darstellt. Mittels einer am Umfang des Kolbens 57 angeordneten Dichtung 42 unterteilt die Kolbenstange die Zylinderbohrung 14 in eine Steuerdruckkammer oder Steuerkammer 44 und in eine Druckkammer 46. Die Kolbenstange 32 enthält eine durchgehende Bohrung 41. In diese Bohrung 41 der Kolbenstange 32 ist ein Stöpsel 50 eingeführt. Zur Zylindermitte hin setzt sich der Stöpsel 50 in eine Stöpselverlängerung 52 fort, die einen etwas geringeren Durchmesser als die Bohrung 41 besitzt und daher zwischen sich und dieser eine ringförmige Kammer 54 freiläßt. Die Stöpselverlängerung 52 endet mit einer ebenen Stirnfläche 56, die senkrecht zur Achse des Zylindergehäuses verläuft. Die ringförmige Kammer 54 ist hinter dem ringförmigAt the other end of the cylinder housing 12 extends into the Chamber 18 an output member in the form of a hollow piston rod 32. The piston rod 32 rests slidably in the cylinder housing and is sealed off from this by seals 34 and 36 and a wiper seal 37. DiG piston rod 32 v / e is on at its inner end an enlargement 57 which represents the piston. The piston rod divides the cylinder bore by means of a seal 42 arranged on the circumference of the piston 57 14 in a control pressure chamber or control chamber 44 and in a pressure chamber 46. The piston rod 32 contains a continuous Bore 41. A plug 50 is inserted into this bore 41 of the piston rod 32. The Plug 50 into a plug extension 52 which has a slightly smaller diameter than the bore 41 and therefore an annular chamber 54 leaves free between itself and this. The plug extension 52 ends with a flat one End face 56 which is perpendicular to the axis of the cylinder housing. The annular chamber 54 is annular behind it
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vorspringenden Rand 17 erweitert, um den Kolben 57 der Kolbenstange 32 aufzunehmen. In den Kolben 57 hinein erstreckt sich das innere Ende der Steuerstange 22.protruding edge 17 expanded to the piston 57 of the piston rod 32 to include. The inner end of the control rod 22 extends into the piston 57.
Quer durch das Ende der Steuerstange 22 ist ein Stift 60 geführt. In die Kolbenstange 32 hinein erstreckt sich eine Ansatzhülse 62 mit einem vergrößerten Kopfstück 64 und einem dünneren Schaft. Das Kopfstück 64, welches über das Ende der Steuerstange 22 greift, besitzt zwei radiale Öffnungen 67, in die die äußeren Enden des Stiftes 60 eingreifen. Die Öffnungen sind größer als der Querschnitt des Stiftes 60, wodurch eine gewisse Relativbewegung zwischen der Steuerstange 22 und der Ansatzhülse 62 stattfinden kann. Diese Maßnahme verringert die für die Anordnung notwendigen Toleranzanforderungen. In der Ansatzhülse 62 ist eine Düsenhülse 66 angeordnet. Die Düsenhülse 66 mündet in eine Düse 68, die der ebenen Stirnfläche 56 der Stöpselverlängerung 52 gegenüberliegt.A pin 60 is guided transversely through the end of the control rod 22. An attachment sleeve extends into the piston rod 32 62 with an enlarged head piece 64 and a thinner shaft. The head piece 64, which is over the end of the control rod 22 engages, has two radial openings 67 into which the outer ends of the pin 60 engage. The openings are larger than the cross section of the pin 60, whereby a certain relative movement between the control rod 22 and the Neck sleeve 62 can take place. This measure reduces the tolerance requirements necessary for the arrangement. In a nozzle sleeve 66 is arranged on the attachment sleeve 62. The nozzle sleeve 66 opens into a nozzle 68, that of the flat end face 56 of the plug extension 52 is opposite.
Eine Blende oder Düse 70 in einer Bohrung im Kolben 57 verbindet die Druckkammer 46 mit der Steuerkammer 44. Ein Stöpsel 71 ist in diese Bohrung eingeschraubt, um Düsen unterschiedlichen Durchmessers verwenden zu können. Der Kolben 57 und die Kolbenstange 32 sind so dimensioniert, daß die Kolbenoberfläche an der Seite der Druckkammer 46 ungefähr die Hälfte von derjenigen an der Seite der Steuerkammer 44 beträgt.An orifice or nozzle 70 in a bore in piston 57 connects pressure chamber 46 to control chamber 44. A plug 71 is screwed into this bore so that nozzles of different diameters can be used. The piston 57 and the Piston rods 32 are dimensioned so that the piston surface on the side of the pressure chamber 46 is approximately half of that on the side of the control chamber 44 is.
Die Druckkammer 46 steht unter Versorgungsdruck vom Druckölanschluß 77 her, und die Steuerkammer 44 steht lediglich unter Steuerdruck. Der Strömungsweg des Druckmittels verläuft von der Druckkammer 46 durch die Düse 70 in die Steuerkammer 44. Aus der Steuerkammer 44 fließt das Druckmedium durch die Ansatz-The pressure chamber 46 is under supply pressure from the pressure oil connection 77 ago, and the control chamber 44 is only under control pressure. The flow path of the pressure medium runs from the Pressure chamber 46 through the nozzle 70 into the control chamber 44. From the control chamber 44, the pressure medium flows through the attachment
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hülse 62 und aus der Düse 68 hinaus. Ein Widerstand oder Druckabfall entsteht zwischen der Stirnfläche 56 und der Düse 68. Das aus diesem Bereich austretende Druckmedium fließt weiter durch die ringförmige Kammer 54 und hinaus über Löcher 51 zurück zum Vorratstank durch die Rückflußöffnung 76. Das Eingangsglied, nämlich die Steuerstange 22, und das Ausgangsglied, nämlich die Kolbenstange 32, verharren im Ruhezustand, solange die Düsen 70 und 68 im Zusammenwirken mit der Stirnfläche 56 Druckabfälle erzeugen, die gerade die Differenz zwischen den Kolbenarbeitsflächen des Kolbens 57 bzw. der Kolbenstange 32 in den Kammern 46 und 44 kompensieren.sleeve 62 and out of nozzle 68. A resistance or pressure drop arises between the end face 56 and the nozzle 68. The pressure medium exiting this area flows on through the annular chamber 54 and out via holes 51 back to the storage tank through the return flow opening 76 The output member, namely the piston rod 32, remains in the rest state as long as the nozzles 70 and 68, in cooperation with the end face 56, generate pressure drops that just compensate for the difference between the piston working surfaces of the piston 57 and the piston rod 32 in the chambers 46 and 44.
Im Fall, daß die Steuerstange 22 nach rechts bewegt wird, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, nähert sich die Düse 68 der Stirnfläche 56, wodurch die Durchflußmenge durch die Düse 68 vermindert wird, und ein Anstieg des Steuerdruckes in der Steuerkammer 44 erfolgt. Dies stört die Gleichgewichtsbedingungen und veranlaßt den Kolben und mit ihm die Kolbenstange 32 als Ausgangsglied, sich soweit nach rechts zu bewegen, bis der Abstand zwischen der Düse 68 und der Stirnfläche 56 wieder dem Gleichgewichtszustand entspricht bzw. bis der Druckabfall an dieser Stelle wieder dem Druckabfall über der Düse 70 entspricht.In the event that the control rod 22 is moved to the right, such as As shown in FIG. 1, the nozzle 68 approaches the end face 56, thereby reducing the flow rate through the nozzle 68 is reduced, and an increase in the control pressure in the control chamber 44 takes place. This disturbs the equilibrium conditions and causes the piston and with it the piston rod 32 as an output member to move to the right until the The distance between the nozzle 68 and the end face 56 again corresponds to the state of equilibrium or until the pressure drop occurs this point again corresponds to the pressure drop across the nozzle 70.
Um die Eigenschaften der Düse 68 zu erhalten, weist die Außenkante der Ansatzhülse 62 einen Konus 73 auf und die Düsenhülse 66 erstreckt sich bis über den abgeschrägten Bereich hinaus. Diese Verlängerung über den Konus hinaus schützt die Düse 68, wenn die Steuerstange 22 die Ansatzhülse 62 gegen die ebene Stirnfläche 56 stoßen läßt. Die Querschnittsfläche der Steuerstange 22 ist geringfügig größer als die Querschnittsfläche, die gegen die Ansatzhülse 62 wirkt. Dies soll den Querschnitts-In order to maintain the properties of the nozzle 68, the outer edge has the neck sleeve 62 has a cone 73 and the nozzle sleeve 66 extends beyond the beveled area. This extension beyond the cone protects the nozzle 68 when the control rod 22, the neck sleeve 62 against the plane Front face 56 can butt. The cross-sectional area of the control rod 22 is slightly larger than the cross-sectional area, which acts against the neck sleeve 62. This is intended to
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fläclienverlust durch die Öffnung der Düse 68 ausgleichen.Compensate for surface loss through the opening of nozzle 68.
In Fig. 4 5st eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die mit einer Federrückfiihranordnung 100 um die Steuerstange 22 herum versehen ist. Die Anordnung besteht aus einem Paar von kopf artigen Federv/iderlagern 102 und 104, zwischen die eine Druckfeder eingespannt ist. Diese Ausführungsform dient für Anwendungsfalle, in denen eine automatische Rückstellung der Steuerstange in eine mittlere Ausgangsstellung verlangt wird. Zu beachten ist, daß bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 der Weg des Hydraulikmediums zurück in den Vorratstank durch eine Öffnung 106, einen Kanal 103 und eine Bohrung 110 hindurch verläuft. In FIG. 4, 5, an embodiment of the invention shown st, which is provided with a Federrückfiihranordnung 100 about the control rod 22 around. The arrangement consists of a pair of head-like spring spring bearings 102 and 104, between which a compression spring is clamped. This embodiment is used for applications in which an automatic return of the control rod to a central starting position is required. It should be noted that in the embodiment according to FIG. 4, the path of the hydraulic medium back into the storage tank runs through an opening 106, a channel 103 and a bore 110.
In der graphischen Darstellung der Fig. 3 ist der Steuerdruck Pc über der Auslenkung X des Eingangsgliedes aufgetragen. Es ist in dem Diagramm angegeben, daß der maximal mögliche Steuerdruck bei beispielsweise voller Auslenkung dem Versorgungsdruck Pg entspricht. Beim Gleichgewichtszustand im Ursprung des Koordinatenkreuzes entspricht der Steuerdruck Pc dem halben Versorgungsdruck. Die in der graphischen Darstellung erscheinende Hysterese wird im wesentlichen durch das Spiel zwischen dem Stift 60 und den radialen Öffnungen 67 in der Ansatzhülse 62 hervorgerufen.In the graphic representation of FIG. 3, the control pressure P c is plotted against the deflection X of the input member. It is indicated in the diagram that the maximum possible control pressure, for example with full deflection, corresponds to the supply pressure Pg. In the state of equilibrium at the origin of the coordinate system, the control pressure P c corresponds to half the supply pressure. The hysteresis appearing in the graph is essentially caused by the play between the pin 60 and the radial openings 67 in the attachment sleeve 62.
Bei Ausfall des Öldruckes führt eine Verschiebung der Steuerstange 22 entsprechend der zeichnerischen Darstellung nach rechts zum unmittelbaren Anstoßen der Ansatzhülse 62 gegen die Stöpselverlängerung 52 und somit zu einer unmittelbaren Folgebewegung der Kolbenstange 32. Um die Kolbenstange 32 auch einer Belegung der Steuerstange 22 nach links folgen zu lassen, istIf the oil pressure fails, the control rod will shift 22 according to the drawing to the right for the immediate abutment of the neck sleeve 62 against the Plug extension 52 and thus to an immediate follow-up movement of the piston rod 32. Around the piston rod 32 there is also one Assignment of the control rod 22 to follow to the left is
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das Kopfstück 64 der Ansatzhülse 62 an seinem Ende außen mit einem Ring versehen, der hinter einen entsprechenden Ring 65 greift, der in die Innenwand der Bohrung im Kolben 57 eingelassen ist. Das Spiel zwischen dem Stift 60 und den Öffnungen ist auch erforderlich, um bei normalem Betrieb der Vorrichtung, primär eine hydraulische Aussteuerung zu bewirken, bevor die zuletzt genannten Hilfsbauteile für eine Handsteuerung miteinander in Eingriff gelangen.the head piece 64 of the neck sleeve 62 is provided with a ring on the outside at its end, which is behind a corresponding ring 65 engages, which is let into the inner wall of the bore in the piston 57. The clearance between the pin 60 and the openings is also required to primarily effect hydraulic control during normal operation of the device before the last-mentioned auxiliary components for a manual control come into engagement with one another.
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Schneckenhofstr. 27 - Tel. 617079Frankfurt am Main 70
Schneckenhofstrasse 27 - Tel. 617079
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |